C++应用程序性能优化——程序的启动过程

1. 重定位：

链接时重定位：

目标文件一般由多个节组成，编译器在编译每个目标文件时一般都是从0地址开始生成代码。当多个代码节合成一个代码段时，需要根据其在最终代码段中的位置做出调整。同时，链接器需要对已经解析的符号分配运行时地址。这个过程就是重定位。

加载时重定位：

程序中可能调用了DLL，由于EXE是最先被加载的，所以一般都能加载到其想要的内存地址上；而DLL的加载一般在EXE之后，就需要对DLL中的地址进行重定位了。

2. 程序的启动过程

WIN32程序启动过程包括：

（1） 操作系统把程序加载到内存，并建立相应的运行环境

（2） 应用程序自身的初始化过程

备注：应用程序必须符合PE格式，主要包含：data（数据段），.text（代码段）。数据和代码加载到内存中后，CPU从程序入口处按顺序取出每一条指令并执行。

内存中，应用程序的代码表现为一系列有序的指令集。

加载器：操作系统加载器的任务是，把磁盘中可执行程序的物理文件读入内存，并转换成程序在内存中的表示。

3. 编译链接和启动

编译链接：

（1） 预编译展开宏

（2） 为每个.cxx文件生成一个.obj文件，目标文件至少包含数据段和代码段；目标文件还包含一个符号表，用于记录自己引用的符号，以及提供给外部引用的符号。

（3） 编译器合成这些目标文件成一个库文件（.lib），同时解析可以找到的符号引用

（4） 链接器把目标库文件和所有需要引用的静态、动态库进行链接，生成最终的可执行文件。（首先需要把依赖的静态库合成到可执行文件中，其次要保证依赖的动态库文件的符号都存在）可执行文件的符号表只需要记录导入符号表。

启动：

不依赖DLL的程序：

（1） 操作系统创建进程并分配私有的进程空间；

（2） 加载器把可执行文件的数据段和代码段映射到进程虚拟内存中；

（3） 预取有限的代码段进入实际内存，把CPU的IP指向程序入口点，即可开始执行

依赖DLL的程序：

（1） 同上，创建进程、映射虚拟内存；

（2） 加载器读取可执行文件的导入符号表，由此找到依赖的DLL

（3） 加载器对依赖的每个DLL调用LoadLibrary

LoadLibrary中处理的事情如下：

a. 加载器为该DLL确定一个合适的基地址（地址重定位）

b. 读取导入和导出符号表，比较应用程序的导入符号与DLL的导出符号是否匹配

c. 通过DLL导入符号表确定该DLL所依赖的其他DLL，同样加载起来

d. 调用DLL的初始化函数

（4） 初始化应用程序的全局变量

（5） 进入应用程序入口点函数开始执行

4. 影响启动性能的因素：

（1） 程序冷启动的性能大部分取决于IO操作消耗的时间；

（2） DLL导出过多符号，会引起加载器耗费过多的CPU事件和IO来处理这个符号表；

（3） 磁盘碎片问题：理想状态下，顺序读取一个文件，不需要磁头寻道操作。但操作系统的文件系统，以块为单位管理物理磁盘空间，当磁盘经过不断的增删改操作后，可能不再具有连续的存储空间。导致一个逻辑上连续的文件，在磁盘上由很多不连续的碎片组成，导致执行IO时需要过多的寻道时间。

5. 优化启动过程的方法：

（1） 减少动态库数量；

（2） 减小动态库的尺寸：可以通过编译优化选项；清除冗余代码；

（3） 优化可执行文件和库文件的代码布局：把库文件中的函数排的更紧密，从而达到减少IO的目的；

步骤：获得函数调用的顺序文件（.PRF）；把这些PRF传给链接器，链接器会自动按照PRF文件把文件在动态库中的位置重新排序（可以尝试一下）

（4）延迟初始化：可以把一些启动初期不需要的初始化工作延迟到启动后，增强启动体验；延迟的时机：可以在程序空闲时进行处理，在消息循环空闲时处理。

（5） 多线程化启动：具有以下特点，适合多线程化启动

启动时需要加载大量动态库，引发大量IO操作；同时这些动态库初始化函数需要执行密集型操作，占用CPU时间。这时候可以将IO等待时间和CPU运行时间交错处理，缩短启动时间。

备注：IO的实现，是CPU发出命令后，由主板DMP完成，完成后触发中断，然后CPU继续处理，所以IO占用的CPU时间很少。